绞吸式挖泥船在长沙县松雅河河道清淤工程中的应用

杨 朗 谢朝芳

（长沙县水务局 长沙市 410100）

1 工程概况

松雅河系捞刀河裁弯截直形成的U型哑河，全长4.15km，总面积56.4hm2（846亩），1995年星沙开发区将自来水厂建于河畔靠近县城一侧，直接从松雅河取水，为开发区及长沙县城提供生产和生活用水，由于受到上游来水限制，导致河床演变关系改变，加之原先河岸两侧居民乱排乱放，造成该河道淤积、污染严重，对县城供水安全构成严重威胁，为保证星沙水厂供水安全，决定对其进行清淤改造。

2 工程地质

2.1 地形地貌

该原始地貌为流水地貌，场地为原始地貌，场地内土层变化幅度不太大。

2.2 地层特征

根据钻探揭露，该河道主要地层为河道水深，淤泥质粉质粘土、砂砾、圆砾。现将各层的特征从上而下分别描述如下（其中①～④为地层序号）：

① 河道水深：松雅河道水位深度。

② 淤泥质粉质粘土（Q1）：褐色色，流塑，饱和，系湖泊淤积而成，含少量植物根茎及生活垃圾，略有腐臭味。

③ 砂砾（Qal+pl）:褐黄色，松散～稍密，饱和，呈圆-亚圆形，呈交错排列，大部分接触，砾石含量约为20%～40%不等,粒径一般（2～10）mm，大者20mm，主要成分为石英，充填物主要为中、粗砂，泥质含量15%～25%不等。

④ 圆砾（Qal+pl）：褐黄色，松散～中密，饱和，呈圆-亚圆形，呈交错排列，大部分接触，砾石含量为 50%～65%不等，粒径一般（2～10）mm，大者30 mm，主要成分为石英，充填物主要为中、粗砂，泥质含量8%～15%不等。

3 工程实施

3.1 清淤范围及长度

依据现状河道淤积范围，星沙水厂取水头部位置及现场施工场地布置等各方面综合考虑，确定清淤河道范围为松雅河上堵口至威尼斯大桥之间河道，清淤长度为1800m，为保证清淤施工对河道两岸堤脚不造成影响，河道清淤宽度为现状河道两岸堤脚外移10m进行控制，该河道现状河宽约（90～140）m不等，因此本清淤宽度为（70～120）m不等。设计清淤中线位于原河道河床深弘位置，河道清淤面积共计157177.2m2，清淤深度考虑以清理现状河道内淤泥质粉质粘土和砂砾，适当增加河道现有蓄水量，增强水体自净能力，方案设计清挖深度确定为26.0m（黄海高程），河道清挖方量依据现有水下测量成果和南方CASS软件进行清淤量计算，该河道清挖方量约为14.8万m3。

3.2 施工围堰设置

本河道清淤工程项目地点比较特殊，清淤河道位于星沙取水河道内，同时该河道东侧区域为松雅湖生态公园。目前正在进行绿化景观、环湖道路等基础设施建设，因此工程施工会要求对现有星沙水厂取水及周边的松雅湖建设不产生太大影响，为保证星沙供水安全，减轻清淤施工对星沙水厂水源的污染问题，方案考虑在威尼斯大桥上游100m处设置围堰,综合考虑各方面影响，采用钢板桩围堰，即沿河道横向设置两排钢板桩，采用拉森钢板桩，钢板桩中间设置型钢及钢管支撑体系，桩顶部高程为30.5m，底部高程为18.5m，在高程29.5m和27.5 m各设置一道横向围檩进行加固，该钢板桩围堰长度为130m。

3.3 具体施工方案

本河道清淤工程采用绞吸式挖泥船（200m3/h，排泥管径为400mm），主要工作原理就是将河底泥沙通过旋转绞刀装置进行切割和搅动，再经吸泥管将绞起的泥沙物料，借助强大的泵力，输送到排泥场，它的挖泥、运泥、卸泥等工作过程，可以一次连续完成，它是一种效率高、成本较低的挖泥船，是良好的水下挖掘机械。

3.3.1 疏浚工艺及流程

工艺流程：测量放样—→围堰施工及吹填管线安装—→绞吸式挖泥船就位—→绞吸船挖泥、吹填—→弃土场排水固结—→弃土场淤泥外运

（1）管线安装。管线布置：本工程不存在通航，所以河内用浮管。管线设备运输到施工现场后，组织人员、机械设备按施工布置方案进行架设。具体安装方法如下：架设时先确定水陆管联接点（本工程拟设在河岸护坡处），作为整个管线架设布置的基准点，在此基准点用一节岸管与艏艉特制浮船联接，作为整个管线架设布置的基准线。然后以此基点连接水上浮管，分别进行岸管、浮管架设安装。浮筒均采用排泥钢管，用螺栓固定在两个橡胶泡沫浮体上，每组浮体长6m，浮管在现场按10个一组连接编排好，由人工在锚艇上用交通艇配合进行水上联结。水上浮船排泥管线力求平顺，为避免死弯，可视水流及风向条件，每隔适当距离抛设一只浮筒锚。浮管端点用锚固定。施工区夜间在浮管上每隔50m设一盏白光环照灯。

岸管的架设做到平顺、紧密，避免死弯，做到不漏水、不漏泥；路线的选择要尽量平直，排泥管沿吹填区边界线内侧铺设；根据岸上管线的陆路地形变化情况，在管线相对高处设置呼吸阀自动排放管道内空气；在转弯和爬坡等地方用弯管和胶管联结避免死弯；排泥口伸出排泥场围堰坡脚外的距离不小于5m，并高出排泥面0.5m以上，以不影响围堰安全为准，不冲刷围堰和堆场边线为原则，管线原则上沿围堰一次性布置到位，施工过程中按实际情况布设。

（2）定位。利用DGPS定位设备准确定位。绞吸式挖泥船用起锚船绑拖，交通艇配合在驶近至DGPS定位处（20～30）m时，航速减至极慢待船停稳后，先测量水深，然后放一个定位桩，并在船首抛设两个边锚，逐步将船位调整到挖槽中心线起点上（定位桩台车主桩位于挖槽中心线上）。船在进行中严禁落桩。抛锚由起锚船完成，锚缆长度在疏挖边线外大于35m，与船身纵轴夹角为80°～100°。

（3）绞刀开挖。开始启动绞车液压马达，绞刀头中速旋转，切削挖掘河道水下土方。

（4）泥浆输送及排弃。通过多功能环保作业船上离心泵的作用吸取绞刀切削挖掘出的淤泥，并提升、加压，泥浆通过排泥管线（浮管、岸管）全封闭输送，泥浆在进泥口区域排弃入排泥场。

（5）出泥口消能措施。为保证出泥口泥浆下泻时不冲刷堆场吹填区边界线，特在出水口做一些特别的处理来消能，具体在出水口钢管上焊接4个直径为30cm的喇叭小钢管进行分流，小钢管管口方向向上，这样可以减少部分冲击力，同时在每个出水口的落水位置铺设钢板，防止冲刷。

（6）多功能环保作业船扇形横挖、直线前进。多功能环保作业船施工采用定位桩交替提升进步、扇形横挖法，即始终以一根桩为主桩，对准挖槽中心线下插河底，作为横移摆动中心，利用左右缆交替收放，摆动挖泥，通过主、副桩交替提升进桩。主桩前移的轨迹始终保持在挖槽中心线上，使绞刀的平面轨迹始终保持平行前移，避免重挖和漏挖现象。本工程疏挖将采取边线切分单层操作法。

（7）多功能环保作业船生产调度。为减少排距，增加工效，疏挖时挖泥船尾部敷设的浮管逐渐加入或逐渐减少，以保证排距最短，提高功效。

（8）主要施工方法及措施。根据疏挖区和排泥场的形状及相对位置，沿开挖中心线方向，向中间推进开挖。将疏挖区按挖泥船的疏挖宽度进行分条，原则上按平行于河道方向进行分条，相邻的开挖分条重叠3m以上，以免漏挖。开挖好的方块由技术人员按区域编号、施工时间、施工班组和质检情况作好详细施工记录，并在平面图上作好标记。挖深控制通过水位遥报仪的实时水位数据和绞刀深度显示仪指示器实施，分层开挖，每层层厚一般为（0.5～1）m。在施工过程中根据流量计和浓度计实时控制泥浆输送浓度，保证不低于10%的含泥量的浓度。

3.3.2 排泥区设置

本清淤工程两处临时排泥区位于正在建设中的松雅湖香堤路与环湖支路之间闲置空地内，本工程选定两处排泥区，待该清淤工程结束后排泥区内淤泥排水固结后将此淤泥采用挖掘机和自卸车配合，将淤泥运至指定弃土区。

（1）围堰施工工艺。本排泥区围堰采用吹填区内表层土，该土料含水量相对较低，通过开挖翻晒晾干可以作为围堰、格梗填筑土料。围堰高3m，围堰顶宽2.5m，内外坡比1∶1.5；格梗高2.5m，顶宽1m，内外边坡1∶1.5。围堰施工前先对基础面进行清理。清理范围包括：堰体下基面，控制清理边界线超出设计边线（30～50）cm；利用挖掘机清除杂物。各类洞穴、坑等进行回填处理。所有清基出的弃土、杂物等运至指定的弃土场地堆放。避免与围堰填筑土料混杂，堰体填筑按分层压实进行施工，为了防止围堰受水流冲刷垮塌，拟在围堰护坡完成后铺设彩条布于内坡。

（2）退水系统设置。本工程在两个排泥场边缘各布置1个退水系统，退水系统包括退水口、退水管道等。退水口门形式采用溢流竖井加涵管形式，尾水经退水管道排入松雅河。退水口井架基础采用2.6m×2.6m的C25现浇，厚度为0.5m，井架尺寸为220cm×220cm×300cm，立柱间距为140cm，立柱采用C25混凝土浇筑，立柱间设置10cm×8cm的闸门槽，以备放置挡水闸板，抬高水位。立柱之间每隔0.9m高度加一道预制钢筋混凝土横撑。围堰内退水涵管采用DN800的预制钢筋混凝土排水管，退水涵管后接红砖砌体消力池，消力池后的退水管道采用DN800HDPE双壁波纹管进行铺设。

3.3.3 尾水处理

为保证清淤施工水量得到保证，本工程的尾水回流入清淤河段内。故须对尾水进行处理，本工程尾水处理采用先自然沉淀，再对尾水投药处理的方法，主要措施是通过自然沉淀将疏浚泥浆中的大部分固体沉淀下来，针对水污染的具体情况，采用水中投药进行化学处理的方式，中和污染源或物质，同时加强对尾水进行水质实时监测，确保尾水达标排放。待工程结束后，通过松雅河上堵口闸门和水渡河闸坝相互配合启闭方式将尾水排入捞刀河，以确保水厂饮水安全。

4 结 语

采用绞吸式挖泥船进行河道清淤是长沙县河道清淤历史上的首次大胆尝试，该工程完工后，河道内水质得到明显改善，既增加了松雅河的蓄水量，保证了星沙城区30多万人口的饮水安全，同时可以美化星沙城市环境，清淤效益明显，对于长沙县今后类似河道清淤工程有非常好的借鉴和指导作用。